EP1740813A1 - VERFAHREN ZUM BESTIMMEN EINER SCHLIEßZEIT EINES SCHLIEßGLIEDES UND SCHALTUNGSANORDNUNG - Google Patents

VERFAHREN ZUM BESTIMMEN EINER SCHLIEßZEIT EINES SCHLIEßGLIEDES UND SCHALTUNGSANORDNUNG

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EP1740813A1
EP1740813A1 EP05729139A EP05729139A EP1740813A1 EP 1740813 A1 EP1740813 A1 EP 1740813A1 EP 05729139 A EP05729139 A EP 05729139A EP 05729139 A EP05729139 A EP 05729139A EP 1740813 A1 EP1740813 A1 EP 1740813A1
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EP
European Patent Office
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voltage
closing
time
values
valve
Prior art date
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EP05729139A
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French (fr)
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EP1740813B1 (de
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Christian Rissler
Jörg BEILHARZ
Hans-Jörg Wiehoff
Sven Rebeschiess
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2051—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using voltage control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2055—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit with means for determining actual opening or closing time

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a closing time of a closing element according to the preamble of patent claim 1 and a circuit arrangement for determining the closing time of a closing element according to the preamble of patent claim 5.
  • a pump-nozzle system uses valves that are actuated with a piezoelectric actuator.
  • determining the closing time of the valve, with which the hydraulic pressure is set, is an important parameter that must be precisely recorded and controlled.
  • DE 199 30 309 C2 discloses a method and a device for regulating the injection quantity in a fuel injection valve with a piezo element actuator.
  • the fuel injection valve has a control chamber which is connected to a high-pressure accumulator and to a control valve. Pressures prevailing in the control chamber act on a movable nozzle body with a nozzle needle for opening and closing injection holes.
  • the control valve is actuated by the piezoelectric actuator.
  • the voltage at the piezoelectric actuator is recorded after its initial charging and the start of injection and / or the needle opening time of the injection valve is determined from the measured voltage.
  • the object of the invention is to provide a robust and precise method for determining the closing time of the closing element of the piezoelectrically driven valve.
  • the object of the invention is a To provide circuit device with which the closing time of the valve driven by the piezoelectric actuator can be determined in a simple manner.
  • the object of the invention is achieved by the method according to claim 1 and by the circuit arrangement according to claim 5.
  • An advantage of the method according to the invention is that the closing time of the valve can be determined precisely.
  • a comparison line is placed between a start and an end point of a measurement interval and the voltage applied to the piezoelectric actuator is recorded during the measurement interval. Difference values are determined between the measured voltage values and the comparison line, and the closing time is recognized at the point in time at which the difference value has the greatest value within the measurement interval.
  • the measured voltage values are further processed as squared quantities. This enables precise detection of the closing time.
  • a closing time is only recognized if the difference value exceeds a specified comparison value. In this way it is avoided that a closing time is recorded for a valve that is not closed.
  • a closing time is only recognized when the sum of the difference values of the measurement interval exceeds a predetermined comparison sum. This one too The prerequisite is to reliably detect a closing time.
  • Figure 1 is a schematic representation of an injection valve, which is designed according to the pump-nozzle principle
  • FIG. 2 shows a schematic program sequence for determining the closing time
  • FIG. 3 measurement curve of the voltage applied to the actuator during a closing process of the valve
  • Figure 4 shows the measurement curve with a reference curve
  • FIG. 5 shows a difference curve which is formed from the measurement curve and the reference curve
  • FIG. 6 shows a detailed illustration of the circuit arrangement which is used to record the closing time
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a pump-nozzle unit.
  • the pump-nozzle unit is used to supply fuel into a combustion chamber 1 of an internal combustion engine.
  • the pump-nozzle unit has a pump 2, which compresses fuel via a piston 3, which is guided in a cylinder 4.
  • the piston 3 is driven directly or indirectly via a camshaft, not shown, of the internal combustion engine.
  • a first pressure chamber 5 is formed in the cylinder 4 adjacent to the piston 3.
  • the first pressure chamber 5 is connected to a valve 7 via a fuel line 6.
  • the valve 7 serves to either close the fuel line 6 or to connect it to a low-pressure region 8.
  • the pressure chamber 5 is also connected to an injection chamber 10 via a second fuel line 9.
  • a nozzle needle 11 is arranged in the injection chamber 10, the closing surfaces of which are assigned to a sealing seat 41.
  • the sealing seat 41 is arranged between the injection holes 12 and the injection space 10.
  • the nozzle needle 11 has pressure surfaces 13.
  • the nozzle needle 11 is biased by a fuel pressure in the injection chamber 10 against a closing direction away from the sealing seat 41.
  • the nozzle needle 11 is biased by a spring element 15 onto the sealing seat 41 via a pressure pin 14.
  • the valve 7 has a closing member 16 which is assigned to a valve sealing seat 17.
  • the closing member 16 is operatively connected to a piezoelectric actuator 18 which is controlled by a control unit 19.
  • the low pressure area 8 is for this purpose with a
  • Fuel tank connected. When the piston 3 compresses downward, the fuel is pressed back into the low-pressure region 8 with the valve 7 open.
  • the fuel lines, the injection chamber 10 and the second fuel line 9 are completely filled with power.
  • valve 7 is closed by the control unit 19 and the piezoelectric actuator 18 in a compression stroke in which the piston 3 moves downward.
  • the piston 3 compresses
  • Fuel does not escape through the low pressure area 8, but a high pressure is generated in the injection chamber 10.
  • the high pressure lifts the nozzle needle 11 from the associated sealing seat 41. Consequently, fuel is injected from the injection space 10 into the combustion space 1 through the injection holes 12
  • valve 7 If the valve 7 is opened, ie the closing member 16 is lifted from the associated sealing seat 17 by the piezoelectric actuator 18, the fuel pressure in the fuel line 6 and thus also in the injection space 10 drops. Consequently, the nozzle needle 11 is pressed onto the sealing seat again and the Connection between the injection space 10 and the injection holes 12 closed. This ends the injection.
  • the voltage applied to the piezoelectric actuator 18 is evaluated for a precise determination of the point in time at which the valve 7 with the closing member 16 is pressed onto the valve sealing seat 17 again.
  • the piezoelectric actuator 18 is supplied with voltage by the control device 19 via voltage lines 20.
  • the control unit 19 detects the voltage applied to the piezoelectric actuator via the voltage lines 20.
  • the control device 19 thus has both a voltage source and a voltage meter.
  • the control device 19 is connected to a data memory 42.
  • the valve 7 is designed in such a way that, when the piezoelectric actuator 18 is not energized, the closing member 16 is lifted off the valve sealing seat 17 and the valve 7 is thus open.
  • FIG. 2 shows a schematic program sequence for carrying out the method.
  • control unit 19 detects various operating states, such as, for. B. the speed of the internal combustion engine and the driver's request and then determines the start of the injection and the duration of the injection. For this purpose, the control device 19 accesses corresponding data and characteristic curves that are stored in the data memory 42.
  • the control device 19 applies a corresponding voltage to the piezoelectric actuator 18 via the voltage lines 20. The piezoelectric actuator 18 then expands and presses the closing member 16 onto the valve sealing seat 17 during a compression stroke of the piston 3.
  • the control unit 19 monitors the voltage applied to the piezoelectric actuator 18 in parallel with the application of the voltage to the piezoelectric actuator 18 , For this purpose, the control device 19 detects the voltage at the specified time intervals Actuator 18 is present. A diagram with a corresponding measurement curve is shown in FIG. 3.
  • FIG. 3 shows the measurement curve which results from the detected voltage values and which is stored by the control device 19 in the data memory 42.
  • the control device 19 determines a start point TS and an end point TE of a measurement interval in the measurement curve.
  • the starting point TS is preferably preset and is a predetermined time after the start of energizing the piezoelectric actuator.
  • the end point is also preferably preset and is a predetermined second time after the start of energizing the piezoelectric actuator.
  • the control unit 19 also calculates a comparison line between the measured value of the start point and the measured value of the end point.
  • the control device 19 determines the difference value for the corresponding value of the reference curve for each measured voltage value in the measurement interval between the start point and the end point. For this purpose, the measured voltage value and the value of the reference curve belonging to the same point in time are subtracted from one another.
  • the control unit 19 stores the difference values in the memory 21.
  • FIG. 4 shows a corresponding measurement diagram in which the starting point TS and the end point TE are shown.
  • the comparison line VG is shown in the form of a line with asterisks.
  • the measured values of the voltage of the piezoelectric actuator detected by the control device 19 are shown in the form of crosses and an approximated line MW.
  • the control unit 19 preferably uses squared voltage values, since this enables the closing time to be determined more precisely.
  • the control device 19 determines the largest difference value between a measured voltage value and the simultaneous value of the reference curve within the measurement interval and assigns the closing time of the valve 7 to the point in time at which the largest difference value occurred.
  • the closing time TF is also shown in the illustration in FIG. 4.
  • 5 shows the difference values between the measured voltage values and the temporal values of the comparison line, the difference values being determined on the basis of squared voltage values.
  • the following program point 57 additionally checks whether the calculated maximum difference value lies above a specified comparison value. If the comparison shows that the maximum difference value is not above the comparison value, no closing time of the valve 7 is recognized.
  • the specified comparison value was previously determined experimentally, for example. In this way, a malfunction of the valve 7 can be filtered out when determining the closing time.
  • control unit 19 forms the sum of the difference values and compares them with a comparison sum. If the comparison shows that the sum of the difference values is smaller than the comparison sum, then no closing time of the valve is recognized either.
  • the comparison sum is also preferably determined experimentally and is used to filter out malfunctions of the valve in which the valve does not close when the closing time is ascertained.
  • the comparison of the sum of the difference values with the comparison sum enables negative difference values at which the measured Filter out voltages above the comparison line, which, however, do not correspond to a closing of the valve.
  • the comparison sum is preferably determined experimentally for the respective pump-nozzle unit.
  • FIG. 6 shows a detailed illustration of the circuit arrangement, which is preferably embodied in the control device 19.
  • the voltage detected at the piezoelectric actuator 18 is fed via an input 21 and a linearization module 22 to a second input of a switch 23.
  • the detected voltage value is squared and fed to a second input of the switch 23 via an output.
  • An output of the switch 23 is connected to a first calculation block 24.
  • the first calculation block 24 limits the detection range in which the voltage is detected.
  • a start block 25 and an end block 26 are provided, each of which is connected to an input of the first calculation block 24 by a signal line.
  • the start block 25 contains a start time for the measurement, which is determined by the control unit 19.
  • the start time is passed on to the first calculation block 24.
  • the end block 26 contains an end time for the measurement, which is also determined by the control unit 19.
  • the end time is passed on to the first calculation block 24.
  • an entire injection process is recorded with a large number of measurement values, ie voltage values. For example, 40 measured values are recorded, which have a fixed time interval and are numbered with a consecutive index. The time of the measurement can be determined from the start time, the specified time interval and the index.
  • the first calculation block 24 passes on the voltage values supplied by the switch 23, which represent an entire measurement curve, as shown in FIG. 4, via a first output 27 to a second calculation block 29.
  • the second calculation block 29 determines on the basis of the supplied chip voltage values within the measurement interval which represent the comparison line according to FIG. 4.
  • the second calculation block 29 passes on the voltage reference values to an adder 30 via an output.
  • the linearized or non-linearized voltage values of a measurement curve with a negative sign are fed from the switch 23 to the adder unit 30.
  • Difference values for simultaneous voltage values and reference voltage values of the measurement curve are formed in the adder unit 30 and are supplied to an input of a third and a fourth calculation block 31, 32 via an output of the adder unit 30.
  • the maximum difference value is determined within the measurement interval determined by the start time and the end time and fed to a fifth calculation block 34 via an output.
  • the time of the maximum difference value and thus the closing time of the valve is calculated on the basis of the index of the maximum difference value and passed on to the control unit 19 via an output.
  • each index is assigned a time value in an assignment table.
  • a second output 35 of the third calculation block 31 outputs the maximum difference value to a comparison device 36.
  • a first memory field 37 is provided, in which a minimum comparison value is defined. The minimum comparison value has been determined experimentally.
  • the first memory field 37 specifies a minimum voltage difference value which is fed to a second input of the comparison device 36.
  • the comparison device 36 compares whether the maximum difference value is greater than or equal to the minimum difference value and forwards a signal via an output to a second comparison device 38 if this condition is met.
  • the fourth calculation block 32 sums the difference values of the individual measurement points within the measurement interval Measurement curve and passes on a sum difference value via an output to a third comparison device 39.
  • the third comparison device 39 is connected with a second input to an output of a second memory field 40. A minimal sum is stored in the second memory field 40 and is fed to the third comparison device 39.
  • the third comparison device 39 compares the difference sum calculated by the fourth calculation block 32 with the minimum sum that is stored in the memory field 40. If the comparison of the third comparison device 39 reveals that the difference sum is greater than or equal to the minimum sum, a signal is emitted to the second comparison device 38. If the comparison device 38 detects two signals at the two inputs, the second comparison device 38 sends an enable signal to the control signal 19, which confirms the validity of the detected closing time.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Schließzeit eines Ventils beschrieben, das von einem piezoelektrischen Aktor betätigt wird. Zur Erfassung der Schließzeit wird die Spannung am piezoelektrischen Aktor erfasst und der Zeitpunkt ermittelt, zu dem die erfasste Spannung einen maximalen Differenzwert zu einer Vergleichskurve aufweist. Die Differenzkurve wird zwischen einem Start- und einem Endpunkt einer Messkurve gebildet, die die am piezoelektrischen Aktor anliegenden Spannungswerte beinhaltet. Auf diese Weise kann eine präzise Festlegung der Schließzeit durchgeführt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Bestimmen einer Schließzeit eines Schließgliedes und Schaltungsanordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Schließzeit eines Schließgliedes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Schließzeit eines Schließgliedes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik werden bei hydraulisch gesteuerten Einspritzsystemen, wie z. B. einem Pumpe-Düse- System Ventile verwendet, die mit einem piezoelektrischen Ak- tor betätigt werden. Für das hydraulisch gesteuerte Einspritzsystem ist die Bestimmung der Schließzeit des Ventils, mit dem der hydraulische Druck eingestellt wird, ein wichtiger Parameter, der präzise erfasst und gesteuert werden muss.
Aus DE 199 30 309 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Einspritzmenge bei einem Kraftstoffeinspritzventil mit einem Piezoelement-Aktor bekannt. Das Kraft- stoffeinspritzventil weist eine Steuerkammer auf, die in einem Hochdruckspeicher und mit einem Steuerventil in Verbin- dng steht. In der Steuerkammer herrschende Drücke wirken auf einen beweglichen Düsenkörper mit einer Düsennadel zum Öffnen und Schließen von Einspritzlöchern. Zum Öffnen des Einspritzventils wird das Steuerventil von dem piezoelektrischen Aktor betätigt. Die Spannung am piezoelektrischen Aktor wird nach dessen anfänglicher Aufladung erfasst und aus der gemessenen Spannung wird der Einspritzbeginn und/oder die Nadelöffnungszeit des Einspritzventils ermittelt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein robustes und präzises Verfahren zum Bestimmen der Schließzeit des Schließgliedes des piezoelektrisch angetriebenen Ventils bereit zu stellen. Zudem besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Schaltungsvorrichtung bereitzustellen, mit der auf einfache Weise die Schließzeit des vom piezoelektrischen Aktor angetriebenen Ventils ermittelt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch die Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 5 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Schließzeit des Ventils präzise ermittelt werden kann. Zur Ermittlung der Schließzeit wird erfindungsgemäß ei- ne Vergleichsgerade zwischen einem Start- und einem Endpunkt eines Messintervalls gelegt und die am piezoelektrischen Aktor anliegende Spannung wird während des Messintervalls erfasst. Zwischen den gemessenen Spannungswerten und der Vergleichsgeraden werden Differenzwerte ermittelt und die Schließzeit wird zu dem Zeitpunkt erkannt, zu dem der Differenzwert innerhalb des Messintervalls den größten Wert aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die gemessenen Spannungswerte als quadrierte Größen weiter verarbeitet. Dadurch ist eine präzise Erfassung der Schließzeit möglich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Schließzeit nur erkannt, wenn der Differenzwert einen festge- legten Vergleichswert überschreitet. Auf diese Weise wird vermieden, dass für ein nicht geschlossenes Ventil eine Schließzeit erfasst wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird eine Schließzeit nur dann erkannt, wenn die Summe der Differenzwerte des Messintervalls eine festgelegte Vergleichssumme überschreiten. Auch diese weitere Voraussetzung dient dazu, zuverlässig eine Schließzeit zu erkennen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher er- läutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Einspritzventils, das nach dem Pumpe-Düse-Prinzip ausgebildet ist;
Figur 2 einen schematischen Programmablauf zur Bestimmung der Schließzeit;
Figur 3 Messkurve der am Aktor anliegenden Spannung während eines Schließvorganges des Ventils;
Figur 4 die Messkurze mit einer Referenzkurve;
Figur 5 eine Differenzkurve, die aus der Messkurve und der Referenzkurve gebildet ist; und
Figur 6 eine detaillierte Darstellung der Schaltungsanordnung, die zur Erfassung der Schließzeit verwendet wird;
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Pumpe-Düse- Einheit. Die Pumpe-Düse-Einheit dient zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum 1 einer Brennkraftmaschine. Die Pumpe-Düse-Einheit weist eine Pumpe 2 auf, die über einen Kolben 3, der in einem Zylinder 4 geführt ist, Kraftstoff verdichtet. Der Kolben 3 wird direkt oder indirekt über eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Im Zylinder 4 ist angrenzend an den Kolben 3 ein erster Druckraum 5 ausgebildet. Der erste Druckraum 5 ist ü- ber eine Kraftstoffleitung 6 mit einem Ventil 7 verbunden. Das Ventil 7 dient dazu, die Kraftsto fleitung 6 entweder zu verschließen oder mit einem Niederdruckbereich 8 zu verbinden. Der Druckraum 5 steht zudem über eine zweite Kraftstoff- leitung 9 mit einem Einspritzraum 10 in Verbindung. Im Einspritzraum 10 ist eine Düsennadel 11 angeordnet, deren Schließflächen einem Dichtsitz 41 zugeordnet ist. Der Dicht- sitz 41 ist zwischen Einspritzlöchern 12 und dem Einspritzraum 10 angeordnet. Im oberen Bereich des Einspritzraums 10 weist die Düsennadel 11 Druckflächen 13 auf. Über die Druck- fläche 13 wird die Düsennadel 11 von einem Kraftstoffdruck im Einspritzraum 10 entgegen einer Schließrichtung vom Dichtsitz 41 weg vorgespannt. Die Düsennadel 11 ist über einen Druckstift 14 von einem Federelement 15 auf den Dichtsitz 41 vor- gespannt .
Das Ventil 7 weist ein Schließglied 16 auf, das einem Ventildichtsitz 17 zugeordnet ist. Das Schließglied 16 steht in Wirkverbindung mit einem piezoelektrischen Aktor 18, der von einem Steuergerät 19 angesteuert wird.
Ist das Ventil 7 geöffnet, so saugt der Kolben 3 bei einer Ansaugbewegung nach oben Kraftstoff über den Niederdruckbereich 8, das Ventil 7 und die Kraftstoffleitung 6 in den Druckraum 5. Der Niederdruckbereich 8 ist dazu mit einem
Kraftstofftank verbunden. Bei einer Verdichtungsbewegung des Kolbens 3 nach unten wird der Kraftstoff bei geöffnetem Ventil 7 wieder zurück in den Niederdruckbereich 8 gedrückt. Die Kraftstoffleitungen, der Einspritzraum 10 und die zweite Kraftstoffleitung 9 sind vollständig mit Kraft gefüllt.
Zum Starten einer Einspritzung wird bei einem Verdichtungstakt, bei dem der Kolben 3 sich nach unten bewegt, über das Steuergerät 19 und den piezoelektrischen Aktor 18 das Ventil 7 verschlossen. Somit kann der vom Kolben 3 verdichtete
Kraftstoff nicht über den Niederdruckbereich 8 entweichen, sondern es wird im Einspritzraum 10 ein hoher Druck erzeugt. Der hohe Druck hebt die Düsennadel 11 vom zugeordneten Dichtsitz 41 ab. Folglich wird Kraftstoff aus dem Einspritzraum 10 über die Einspritzlöcher 12 in den Verbrennungsraum 1 der
Brennkraftmaschine abgegeben. Wird das Ventil 7 geöffnet, d. h. das Schließglied 16 vom zugeordneten Dichtsitz 17 durch den piezoelektrischen Aktor 18 abgehoben, so sinkt der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 6 und damit auch im Ein- spritzraum 10. Folglich wird die Düsennadel 11 wieder auf den Dichtsitz gedrückt und die Verbindung zwischen dem Einspritz- räum 10 und den Einspritzlöchern 12 verschlossen. Damit endet die Einspritzung.
Für eine präzise Feststellung des Zeitpunktes, zu dem das Ventil 7 mit dem Schließglied 16 wieder auf den Ventildichtsitz 17 gedrückt wird, wird die am piezoelektrischen Aktor 18 anliegende Spannung ausgewertet. Der piezoelektrische Aktor 18 wird über Spannungsleitungen 20 vom Steuergerät 19 mit Spannung versorgt. Zudem erfasst das Steuergerät 19 über die Spannungsleitungen 20, die am piezoelektrischen Aktor anliegende Spannung. Das Steuergerät 19 verfügt somit sowohl über eine Spannungsquelle als auch über einen Spannungsmesser. Zudem ist das Steuergerät 19 mit einem Datenspeicher 42 verbunden.
Das Ventil 7 ist in der Weise ausgebildet, dass im unbestrom- ten Zustand des piezoelektrischen Aktors 18 das Schließglied 16 vom Ventildichtsitz 17 abgehoben ist und somit das Ventil 7 geöffnet ist.
Figur 2 zeigt einen schematischen Programmablauf zur Durchführung des Verfahrens. Bei Programmpunkt 50 erfasst das Steuergerät 19 verschiedene Betriebszustände, wie z. B. die Drehzahl der Brennkraftmaschine und den Fahrerwunsch und er- mittelt daraufhin den Beginn der Einspritzung und die Dauer der Einspritzung. Dazu greift das Steuergerät 19 auf entsprechende Daten und Kennlinien zu, die im Datenspeicher 42 abgelegt sind. Beim folgenden Programmpunkt 51 legt das Steuergerät 19 eine entsprechende Spannung über die Spannungsleitun- gen 20 an den piezoelektrischen Aktor 18 an. Daraufhin dehnt sich der piezoelektrische Aktor 18 aus und drückt das Schließglied 16 auf den Ventildichtsitz 17, während eines Verdichtungshubes des Kolbens 3. Im Folgenden Programmpunkt 52 überwacht das Steuergerät 19 parallel zum Anlegen der Spannung an den piezoelektrischen Aktor 18 die am piezoelektrischen Aktor 18 anliegende Spannung. Dazu erfasst das Steuergerät 19 in festgelegten Zeitabständen die Spannung, die am Aktor 18 anliegt. Ein Diagramm mit einer entsprechenden Messkurve ist in Figur 3 dargestellt.
Figur 3 zeigt die Messkurve, die sich aufgrund der erfassten Spannungswerte ergibt, und die vom Steuergerät 19 im Datenspeicher 42 abgelegt wird.
Im folgenden Programmpunkt 53 ermittelt das Steuergerät 19 in der Messkurve einen Startpunkt TS und einen Endpunkt TE eines Messintervalls. Der Startpunkt TS ist vorzugsweise voreingestellt und liegt eine festgelegte Zeit nach dem Beginn der Bestromung des piezoelektrischen Aktors. Der Endpunkt ist e- benfalls vorzugsweise voreingestellt und liegt eine festgelegte zweite Zeit nach dem Beginn der Bestromung des piezo- elektrischen Aktors. Zudem berechnet das Steuergerät 19 in einem folgenden Programmpunkt 54 eine Vergleichsgerade zwischen dem Messwert des Startpunktes und dem Messwert des Endpunktes. In einem folgenden Programmpunkt 55 ermittelt das Steuergerät 19 für jeden gemessenen Spannungswert in dem Messintervall zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt den Differenzwert zu dem entsprechenden Wert der Referenzkurve. Dazu werden der zum gleichen Zeitpunkt gehörende gemessene Spannungswert und Wert der Referenzkurve voneinander abgezogen. Die Differenzwerte legt das Steuergerät 19 im Speicher 21 ab.
Figur 4 zeigt ein entsprechendes Messdiagramm, in dem der Startpunkt TS und der Endpunkt TE eingezeichnet sind. Zudem ist die Vergleichsgerade VG in Form einer Linie mit Sternchen dargestellt. Die vom Steuergerät 19 erfassten Messwerte der Spannung des piezoelektrischen Aktors sind in Form, von Kreuzen und einer approximierten Linie MW dargestellt.
Anstelle der gemessenen Spannungswerte verwendet das Steuer- gerät 19 vorzugsweise quadrierte Spannungswerte, da dadurch das Ermitteln der Schließzeit präziser möglich ist. In dem folgenden Programmpunkt 56 ermittelt das Steuergerät 19 den größten Differenzwert zwischen einem gemessenen Spannungswert und dem zeitgleichen Wert der Referenzkurve innerhalb des Messintervalls und ordnet dem Zeitpunkt, zu dem der größte Differenzwert aufgetreten ist, den Schließzeitpunkt des Ventils 7 zu. In der Darstellung der Figur 4 ist der Schließzeitpunkt TF ebenfalls eingezeichnet.
In Figur 5 sind die Differenzwerte zwischen den gemessenen Spannungswerten und den zeitlichen Werten der Vergleichsgeraden dargestellt, wobei die Differenzwerte anhand von quadrierten Spannungswerten ermittelt wurden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Programm- punkt 56 zusätzlich bei dem folgenden Programmpunkt 57 überprüft, ob der berechnete maximale Differenzwert über einem festgelegten Vergleichswert liegt. Ergibt der Vergleich, dass der maximale Differenzwert nicht über dem Vergleichswert liegt, so wird keine Schließzeit des Ventils 7 erkannt. Der festgelegte Vergleichswert wurde beispielsweise zuvor experimentell ermittelt. Auf diese Weise kann eine Fehlfunktion des Ventils 7 bei der Ermittlung der Schließzeit ausgefiltert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird entweder zusätzlich zum Programmpunkt 57 oder anstelle des Programmpunkts 57 bei einem folgenden Programmpunkt 58 vom Steuergerät 19 die Summe aus den Differenzwerten gebildet und mit einer Vergleichssumme verglichen. Ergibt der Ver- gleich, dass die Summe der Differenzwerte kleiner ist als die Vergleichssumme, so wird ebenfalls keine Schließzeit des Ventils erkannt. Die Vergleichssumme wird ebenfalls vorzugsweise experimentell ermittelt und dient dazu, Fehlfunktionen des Ventils, bei denen kein Schließen des Ventil stattfindet, beim Ermitteln der Schließzeit herauszufiltern. Der Vergleich der Summe der Differenzwerte mit der Vergleichssumme ermöglicht es, negative Differenzwerte, bei denen die gemessenen Spannungen oberhalb der Vergleichsgeraden liegen, die jedoch nicht zu einem Schließen des Ventils korrespondieren, herauszufiltern. Die Vergleichssumme wird vorzugsweise experimentell für die jeweilige Pumpe-Düse-Einheit ermittelt.
Figur 6 zeigt eine detaillierte Darstellung der Schaltungsanordnung, die vorzugsweise im Steuergerät 19 ausgebildet ist.
Die am piezoelektrischen Aktor 18 erfasste Spannung wird über einen Eingang 21 und einen Linearisierungsbaustein 22 einem zweiten Eingang eines Schalters 23 zugeführt. Im Linearisierungsbaustein 22 wird der erfasste Spannungswert quadriert und über einen Ausgang einem zweiten Eingang des Schalters 23 zugeführt. Ein Ausgang des Schalters 23 steht mit einem ers- ten Berechnungsblock 24 in Verbindung. Der erste Berechnungsblock 24 begrenzt den Detektionsbereich, in dem die Spannung erfasst wird. Weiterhin ist ein Startblock 25 und ein Endeblock 26 vorgesehen, die mit einer Signalleitung jeweils mit einem Eingang des ersten Berechnungsblockes 24 verbunden sind. Der Startblock 25 enthält einen Startzeitpunkt für die Messung, der vom Steuergerät 19 festgelegt wird. Der Startzeitpunkt wird an den ersten Berechnungsblock 24 weitergegeben. Der Endeblock 26 enthält einen Endzeitpunkt für die Messung, die ebenfalls vom Steuergerät 19 festgelegt wird. Der Endzeitpunkt wird an den ersten Berechnungsblock 24 weiter gegeben. Bei der Erfassung der Messkurve wird ein gesamter Einspritzvorgang mit einer Vielzahl von Messwerten, d. h. Spannungswerten erfasst. Es werden beispielsweise 40 Messwerte erfasst, die einen festgelegten zeitlichen Abstand aufwei- sen und mit einem fortlaufenden Index durchnummeriert werden. Aus der Startzeit, dem festgelegten zeitlichen Abstand und dem Index kann der Zeitpunkt der Messung festgelegt werden. Der erste Berechnungsblock 24 gibt die vom Schalter 23 zugeführten Spannungswerte, die eine gesamte Messkurve, wie in Fig. 4 dargestellt, darstellen, über einen ersten Ausgang 27 an einen zweiten Berechnungsblock 29 weiter. Der zweite Berechnungsblock 29 ermittelt aufgrund der zugeführten Span- nungswerte innerhalb des Messintervalls Spannungsreferenzwerte die die Vergleichsgerade gemäß Fig. 4 darstellen. Der zweite Berechnungsblock 29 gibt über einen Ausgang die Spannungsreferenzwerte an eine Addiereinheit 30 weiter. Zudem werden vom Schalter 23 die linerarisierten oder nicht liner- arisierten Spannungswerte einer Messkurve mit einem negativen Vorzeichen an die Addiereinheit 30 geführt. In der Addiereinheit 30 werden Differenzwerte für zeitgleiche Spannungswerte und Referenzspannungswerte der Messkurve gebildet, die über einen Ausgang der Addiereinheit 30 einem Eingang eines dritten und eines vierten Berechnungsblockes 31, 32 zugeführt werden.
Im dritten Berechnungsblock 31 wird innerhalb des durch den StartZeitpunkt und den Endzeitpunkt festgelegten Messintervalls der maximale Differenzwert ermittelt und über einen Ausgang einem fünften Berechnungsblock 34 zugeführt. Im fünften Berechnungsblock 34 wird aufgrund des Index des maximalen Differenzwertes der Zeitpunkt des maximalen Differenzwertes und damit die Schließzeit des Ventils berechnet und über einen Ausgang an das Steuergerät 19 weitergegeben. Dazu ist jedem Index ein Zeitwert in einer Zuordnungstabelle zugeordnet. Ein zweiter Ausgang 35 des dritten Berechnungsblockes 31 gibt den maximalen Differenzwert an eine Vergleichseinrichtung 36. Weiterhin ist ein erstes Speicherfeld 37 vorgesehen, in dem ein minimaler Vergleichswert festgelegt ist. Der minimale Vergleichswert ist experimentell ermittelt. Das erste Speicherfeld 37 gibt einen minimalen Spannungsdifferenzwert vor, der einem zweiten Eingang der Vergleichseinrichtung 36 zuge- führt wird. Die Vergleichseinrichtung 36 vergleicht, ob der maximale Differenzwert größer oder gleich dem minimalen Differenzwert ist und gibt ein Signal über einen Ausgang an eine zweite Vergleichseinrichtung 38 weiter, wenn diese Bedingung erfüllt ist.
Der vierte Berechnungsblock 32 summiert die Differenzwerte der einzelnen Messpunkte innerhalb des Messintervalls der Messkurve auf und gibt einen Summendifferenzwert über einen Ausgang an eine dritte Vergleichseinrichtung 39 weiter. Die dritte Vergleichseinrichtung 39 steht mit einem zweiten Eingang mit einem Ausgang eines zweiten Speicherfeldes 40 in Verbindung. Im zweiten Speicherfeld 40 ist eine minimale Summe abgelegt, die der dritten Vergleichseinrichtung 39 zugeführt wird. Die dritte Vergleichseinrichtung 39 vergleicht die vom vierten Berechnungsblock 32 berechnete Differenzsumme mit der minimalen Summe, die im Speicherfeld 40 abgelegt ist. Ergibt der Vergleich der dritten Vergleichseinrichtung 39, dass die Differenzsumme größer oder gleich der minimalen Summe ist, so wird ein Signal an die zweite Vergleichseinrichtung 38 abgegeben. Erkennt die Vergleichseinrichtung 38 an den zwei Eingängen zwei Signale, so gibt die zweite Ver- gleichseinrichtung 38 ein Enable-Signal an das Steuersignal 19, das die Gültigkeit der erkannten Schließzeit bestätigt.
In Abhängigkeit von der gewählten Ausführungsform kann auch auf einzelne oder alle Vergleichseinrichtungen 36, 39, 38, die eine Plausibilisierung der Messwerte durchführen verzichtet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Schließzeit eines Ventils, das ein Schließglied aufweist, das von einem piezoelektri- sehen Aktor betätigt wird, wobei während eines Schließvorganges des Ventils die elektrische Spannung am Aktor erfasst wird, wobei die Spannung zur Bestimmung der Schließzeit ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Spannungswerte für die Spannung in einem Messintervall mit einem Start und einem Endpunkt erfasst werden, dass zwischen den Spannungswerten des Start- und dem Endpunktes eine Vergleichskurve festgelegt wird, dass für mehrere gemessene Spannungswerte Differenzwerte zwischen den gemessenen Spannungswerten und den zeitgleichen Werten der Vergleichskurve ermittelt werden, dass der Zeitpunkt als Schließzeit erkannt wird, zu dem der Differenzwert am größten ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswerte als quadrierte Größe verwendet werden.
3. Verf hren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließzeit nur erkannt wird, wenn der Differenzwert einen festgelegten Vergleichswert überschreitet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließzeit unter der Voraussetzung erkannt wird, dass die Summe der Differenzwerte eine festgelegte Vergleichssumme überschreitet.
5. Schaltungsanordnung zum Bestimmen einer Schließzeit eines Schließgliedes (16) eines Ventils (7) , das mit einem pie- zoelektrischen Aktor (18) auf einen Ventilsitz (17) gedrückt oder vom Ventilsitz (17) abgehoben wird, mit einem ersten Mittel (19) zum Erfassen der Spannung, das während eines Schließvorganges des Ventils (7) die elektrische Spannung am Aktor (18) erfasst, mit einem zweiten Mittel (24, 29, 31, 34) , das die Spannung zur Bestimmung der Schließzeit auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Mittel (24, 29) vorgesehen ist, das ein Messintervall mit einem Startpunkt und einem Endpunkt festlegt, dass ein viertes Mittel (29) vorgesehen ist, das zwischen gemessenem Spannungswert des Startpunktes und des Endpunktes eine Vergleichskurve festlegt, dass ein fünftes Mittel (30) vorgesehen ist, das für mehrere Zeitpunkte innerhalb des Messintervalls Differenzwerte zwischen den erfassten Spannungswerten und den zeitgleichen Werten der Vergleichskurve ermittelt, dass ein sechstes Mittel (31) vorgesehen ist, das einen Zeitpunkt als Schließzeit festlegt, an dem der größte Differenzwert vorliegt.
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